Maciej Stec*, Grzegorz Bazan* PROJEKTOWANIE GÊSTOŒCI SOLANEK NA BAZIE SOLI MRÓWCZANOWYCH

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 28 ZESZYT 4 2011 Maciej Stec*, Grzegorz Bazan* PROJEKTOWANIE GÊSTOŒCI SOLANEK NA BAZIE SOLI MRÓWCZANOWYCH 1. PODSTAWY CHEMICZNE P³yny wiertnicze na bazie mrówczanów ( mrówczanowe, p³uczki na osnowie mrówczanowej) s¹ wodnymi roztworami jednej lub kilku z wymienionych soli organicznych: sodu, lub. Sole te s¹ dobrze rozpuszczalne w wodzie, tworz¹c w niej o du ej gêstoœci i niskiej temperaturze krzepniêcia. Wzory strukturalne mrówczanów pokazano na rysunku 1. Aniony mrówczanowe s¹ najbardziej hydrofilne z ca³ej rodziny anionów kwasów karboksylowych. Organiczny charakter mrówczanów przejawia siê przede wszystkim w rozpuszczalnoœci soli mrówczanowych w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak metanol czy glikol etylenowy. Rys. 1. Wzory strukturalne sodu, i Kationy metali alkalicznych (Na +, K +, Cs + ) s¹ jednowartoœciowe, co powoduje ich wyj¹tkow¹ kompatybilnoœæ z biopolimerami, jak równie przyczynia siê do ich nieniszcz¹cego dzia- ³ania na z³o e. Ich procentowe rozpuszczalnoœci molowe i wagowe w temperaturze 20 o C pokazano w tabeli 1. * Poszukiwania Naftowe Diament Sp. z o.o., Zielona Góra 729

Tabela 1 Podstawowe w³aœciwoœci soli mrówczanów sodu, i Aniony mrówczanowe s¹ tak e dobrymi przeciwutleniaczami (reduktorami), skutecznie inhibituj¹c wolne rodniki hydroksylowe. Oznacza to, e mrówczanowe mog¹ chroniæ wra liwe na temperaturê substancje rozpuszczone, takie jak polimery rozpuszczalne w wodzie, przed degradacj¹ tlenow¹ w wysokich temperaturach. Solanki mrówczanowe zapewniaj¹ szeroki zakres gêstoœci p³ynów wymaganych w procesie wiercenia, zbrojenia oraz rekonstrukcji otworów wiertniczych (rys. 2). Mrówczany metali alkalicznych w postaci roztworu wywo³uj¹ efekt nadawania struktury otaczaj¹cym cz¹steczkom wody, upodabniaj¹c j¹ bardziej do lodu w postaci naturalnej. Ma to korzystny wp³yw na konformacjê rozpuszczonych makrocz¹steczek, sprawia, e s¹ bardziej uporz¹dkowane, sztywne i stabilne w wysokich temperaturach. Przyk³adem mo e byæ czêsto dziœ u ywana guma ksantanowa (polimer XCD s³u ¹cy do poprawy w³aœciwoœci reologicznych), która w skoncentrowanym roztworze soli mrówczanowej jest stabilna do temp. ok. 180 o C przez 16 godzin. Jest to wynik lepszy ni uzyskiwany w przypadku zastosowania innych solanek. Dziêki dodaniu innych przeciwutleniaczy i inhibitorów korozji tlenowej stabilnoœæ mo e wzrosn¹æ nawet do 204 o C. Rys. 2. Zakres gêstoœci, jakie mo na uzyskaæ w wyniku rozpuszczania w wodzie soli mrówczanowych oraz ich mieszanek W porównaniu z innymi kationami metali alkalicznych kation jest ciê szy i bardziej elektrododatni. Jest on najciê szy spoœród stabilnych pierwiastków I grupy z mas¹ atomow¹ 132,9. Jest tak e najbardziej elektrododatni spoœród tych pierwiastków, co sprawia, e mrówczan jest najbardziej jonowy spoœród soli mrówczanowych. 730

2. GÊSTOŒCI SOLANEK NA BAZIE MRÓWCZANÓW Gêstoœci roztworów, sodu i w temperaturze 15,6 o C pokazane s¹ na rysunku 3 i 4 jako funkcja koncentracji wagowej (% wag.) i koncentracji molowej (mol/l). Pomiary zosta³y wykonane w laboratorium Westport International w Houston. Jak widaæ, mimo e mrówczan osi¹ga w roztworze najwiêksze gêstoœci, mrówczan zapewnia najwiêksz¹ molow¹ koncentracjê jonów mrówczanowych. Gêstoœæ vs. koncentracja wagowa 15,6 o C mrówczan sodu mrówczan mrówczan Gêstoœæ, g/cm 3 Koncentracja, % wag. Rys. 3. Gêstoœci sodu, i jako funkcja koncentracji wagowej (% wag.) tych soli w temperaturze 15,6 o C Gêstoœæ vs. koncentracja molowa 15,6 o C mrówczan sodu mrówczan mrówczan Gêstoœæ, g/cm 3 Koncentracja, mol/l Rys. 4. Gêstoœci sodu, i jako funkcja koncentracji molowej (mol/l) tych soli w temperaturze 15,6 o C 731

Tabele 2 4 pokazuj¹ sposób sporz¹dzania solanek z poszczególnych soli mrówczanowych zapewniaj¹cy osi¹gniêcie po ¹danej gêstoœci p³ynu. Model regresji kwadratowej w równaniu (1) ilustruje dok³adne zale noœci miêdzy koncentracj¹ molow¹ i gêstoœci¹ w przypadku na bazie i sodu, natomiast równanie szeœcienne regresji jest najdok³adniejsze w przypadku : c = Aρ 3 + Bρ 2 + Cρ + D (1) gdzie: c koncentracja wagowa, % wag., ρ gêstoœæ, g/cm 3, oraz: Mrówczan sodu Mrówczan Mrówczan A 0 0 21,98021 B 63,32226 66,75686 144,8805 C 288,2608 302,5609 353,1301 D 224,796 235,455 229,760 Te modele mog¹ byæ u yte do przygotowania tabel mieszania zmagazynowanych skoncentrowanych solanek lub soli w postaci proszku. Na podstawie analizy poni szych wzorów mo na przygotowaæ o projektowanej gêstoœci ze zmagazynowanej skoncentrowanej : V stock c = c req ρ stock req ρ 1000, l stock (2) V water 1000 ρ V ρ = 0,999 req stock stock, l (3) W przypadku przygotowywania p³ynu z soli mrówczanowej w postaci proszku nale y skorzystaæ ze wzorów: W powder c = req ρ c req powder 1000, kg (4) V water ρreq 1000 W = 0,999 powder, l (5) 732

We wzorach (2) (5) u yto nastêpuj¹cych oznaczeñ: V stock potrzebna iloœæ zmagazynowanej, l, V water potrzebna iloœæ wody, l, c req koncentracja wagowa w nowej solance z równania (1), % wag., c stock koncentracja wagowa w solance zmagazynowanej (1), % wag., c powder koncentracja wagowa w proszku, % wag., ρ req gêstoœæ projektowana nowej, g/cm 3, ρ stock gêstoœæ zmagazynowanej, g/cm 3, W stock masa zmagazynowanej, kg, masa w proszku, kg. W powder 3. TABELE MIESZANIA SOLI MRÓWCZANOWYCH Korzystaj¹c z równañ (1) (5), mo na przygotowaæ tabele mieszania dla solanek zmagazynowanych i soli w postaci proszku (tab. 2 4). Tabela 2 przedstawia sposób mieszania sodu w postaci proszku o wilgotnoœci ok. 0,3 %. Tabela 3 dotyczy sporz¹dzania z kolejno w postaci standardowej zmagazynowanej o ciê arze w³aœciwym 1,57 g/cm 3, w postaci bardziej rozcieñczonej o ciê arze 1,54 g/cm 3, znajduj¹cej zastosowanie zw³aszcza w okresie zimowym, oraz w postaci proszku o wilgotnoœci 0,3% (typowa wilgotnoœæ produktu, który le a³ w magazynie przez pewien czas). Mrówczan u ywany jest osobno, jako sól o wysokim ciê arze w³aœciwym, zazwyczaj jednak jest on mieszany z mrówczanem. Tabela 4 to tabela mieszania jako jedynej soli tworz¹cej solankê z zmagazynowanej oraz z w postaci proszku, a tak e zmagazynowanej o ciê arze w³aœciwym 2,20 g/cm 3. Mrówczan w postaci proszku ma gêstoœæ objêtoœciow¹ ok. 3,19 g/cm 3, a jego wilgotnoœæ to ok. 0,3%. Tabela 2 Tabela sporz¹dzania z sodu w postaci proszku o wilgotnoœci 0,3% H 2 O Gêstoœæ Iloœæ proszku (0,3% H 2 O) i wody Mrówczan sodu proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [mol/l] [% mol] [kg] [l] 0,999 0,0 0,00 0,0 0,0 1000,0 1,000 0,1 0,02 0,0 1,4 999,6 1,010 1,8 0,26 0,5 17,8 993,2 1,020 3,3 0,50 0,9 34,3 986,7 1,030 4,9 0,75 1,4 51,0 980,0 1,040 6,5 0,99 1,8 67,9 973,1 733

Gêstoœæ Mrówczan sodu Tabela 2 cd. Iloœæ proszku (0,3% H 2 O) i wody proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [mol/l] [% mol] [kg] [l] 1,050 8,1 1,25 2,3 84,9 966,0 1,060 9,6 1,50 2,7 102,2 958,8 1,070 11,1 1,75 3,2 119,6 951,3 1,080 12,7 2,01 3,7 137,2 943,7 1,090 14,2 2,27 4,2 155,0 936,0 1,100 15,7 2,53 4,7 172,9 928,0 1,110 17,2 2,80 5,2 191,0 919,9 1,120 18,6 3,07 5,7 209,2 911,7 1,130 20,1 3,34 6,2 227,6 903,3 1,140 21,5 3,61 6,8 246,2 894,7 1,150 23,0 3,88 7,3 264,8 886,0 1,160 24,4 4,16 7,9 283,7 877,2 1,170 25,8 4,44 8,4 302,6 868,2 1,180 27,2 4,72 9,0 321,7 859,1 1,190 28,6 5,00 9,6 340,9 849,9 1,200 29,9 5,28 10,2 360,3 840,6 1,210 31,3 5,57 10,8 379,7 831,1 1,220 32,6 5,85 11,4 399,3 821,5 1,230 34,0 6,14 12,0 419,0 811,8 1,240 35,3 6,43 12,6 438,8 802,0 1,250 36,6 6,73 13,3 458,7 792,1 1,260 37,9 7,02 13,9 478,8 782,0 1,270 39,2 7,31 14,6 498,9 771,9 1,280 40,4 7,61 15,2 519,1 761,7 1,290 41,7 7,91 15,9 539,4 751,4 1,300 42,9 8,21 16,6 559,7 741,0 1,310 44,2 8,51 17,3 580,2 730,5 1,320 45,4 8,81 18,0 600,8 720,0 1,330 46,6 9,11 18,8 621,4 709,3 1,340 47,8 9,41 19,5 642,1 698,6 1,350 49,0 9,72 20,3 662,8 687,9 1,360 50,1 10,02 21,0 683,7 677,0 734

Gêstoœæ Tabela 3 Tabela sporz¹dzania z w postaci zmagazynowanej o gêstoœci 1,57 g/cm 3, rozcieñczonej zmagazynowanej o gêstoœci 1,54 g/cm 3, oraz proszku o wilgotnoœci 0,3% H 2 O Mrówczan Iloœæ zmagazynowanej (1,57 g/cm 3 ) i wody Iloœæ zmagazynowanej (1,54 g/cm 3 ) i wody Iloœci proszku (0,3%% H 2 O) i wody do sporz¹dzenia solanka woda solanka woda proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [mol/l] [% mol] [l] [l] [l] [l] [kg] [l] 0,999 0,0 0,0 0,0 0,0 1,000 0,0 1,000 0,0 1,000 1,000 0,3 0,0 0,1 3,0 996,3 3,1 996,2 3,5 997,5 1,010 2,0 0,2 0,4 17,4 983,6 18,5 982,5 20,6 990,4 1,020 3,7 0,4 0,8 32,1 970,6 34,0 968,6 37,9 983,1 1,030 5,4 0,7 1,2 46,9 957,4 49,7 954,5 55,4 975,6 1,040 7,0 0,9 1,6 61,8 943,8 65,5 940,0 73,1 967,9 1,050 8,6 1,1 2,0 77,0 930,1 81,6 925,3 90,9 960,0 1,060 10,3 1,3 2,4 92,3 916,1 97,8 910,3 109,0 952,0 1,070 11,9 1,5 2,8 107,7 901,8 114,1 895,1 127,2 943,7 1,080 13,4 1,7 3,2 123,3 887,3 130,7 879,7 145,6 935,3 1,090 15,0 1,9 3,6 139,0 872,6 147,3 864,0 164,2 926,7 1,100 16,6 2,2 4,1 154,9 857,6 164,2 848,0 183,0 917,9 1,110 18,1 2,4 4,5 170,9 842,5 181,1 831,9 201,9 909,0 1,120 19,7 2,6 5,0 187,1 827,1 198,3 815,5 221,0 899,9 1,130 21,2 2,8 5,4 203,4 811,5 215,5 798,9 240,2 890,6 1,140 22,7 3,1 5,9 219,8 795,7 232,9 782,1 259,6 881,2 1,150 24,2 3,3 6,4 236,3 779,7 250,4 765,1 279,2 871,7 1,160 25,7 3,5 6,9 253,0 763,5 268,1 747,9 298,9 862,0 1,170 27,2 3,8 7,4 269,8 747,2 285,9 730,4 318,7 852,2 1,180 28,6 4,0 7,9 286,7 730,6 303,8 712,8 338,7 842,2 1,190 30,1 4,3 8,4 303,7 713,9 321,8 695,1 358,8 832,1 1,200 31,5 4,5 9,0 320,8 697,0 340,0 677,1 379,0 821,8 1,210 32,9 4,7 9,5 338,1 679,9 358,2 659,0 399,3 811,5 1,220 34,3 5,0 10,1 355,4 662,7 376,6 640,7 419,8 801,0 1,230 35,7 5,2 10,6 372,8 645,3 395,1 622,2 440,4 790,4 1,240 37,1 5,5 11,2 390,3 627,8 413,7 603,6 461,1 779,7 1,250 38,4 5,7 11,8 408,0 610,1 432,3 584,8 481,9 768,8 1,260 39,8 6,0 12,4 425,7 592,3 451,1 565,9 502,8 757,9 1,270 41,1 6,2 13,0 443,5 574,3 469,9 546,8 523,9 746,9 735

Gêstoœæ Mrówczan Tabela 3 cd. Iloœæ zmagazynowanej (1,57 g/cm 3 ) i wody Iloœæ zmagazynowanej (1,54 g/cm 3 ) i wody Iloœci proszku (0,3%% H 2 O) i wody do sporz¹dzenia solanka woda solanka woda proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [mol/l] [% mol] [l] [l] [l] [l] [kg] [l] 1,280 42,4 6,5 13,6 461,3 556,3 488,9 527,6 545,0 735,8 1,290 43,8 6,7 14,3 479,3 538,1 507,9 508,3 566,2 724,5 1,300 45,1 7,0 14,9 497,3 519,7 527,0 488,9 587,5 713,2 1,310 46,3 7,2 15,6 515,4 501,3 546,2 469,3 608,9 701,8 1,320 47,6 7,5 16,3 533,6 482,8 565,4 449,7 630,3 690,4 1,330 48,9 7,7 17,0 551,8 464,1 584,8 429,9 651,9 678,8 1,340 50,1 8,0 17,7 570,1 445,4 604,2 410,0 673,5 667,2 1,350 51,3 8,2 18,4 588,5 426,6 623,6 390,0 695,1 655,5 1,360 52,6 8,5 19,2 606,9 407,6 643,1 370,0 716,9 643,8 1,370 53,8 8,8 19,9 625,3 388,6 662,7 349,8 738,7 631,9 1,380 54,9 9,0 20,7 643,8 369,6 682,3 329,6 760,6 620,1 1,390 56,1 9,3 21,5 662,4 350,4 701,9 309,3 782,5 608,1 1,400 57,3 9,5 22,3 681,0 331,2 721,6 289,0 804,4 596,2 1,410 58,4 9,8 23,1 699,6 311,9 741,4 268,6 826,4 584,1 1,420 59,6 10,1 24,0 718,3 292,6 761,2 248,1 848,5 572,1 1,430 60,7 10,3 24,9 737,0 273,3 781,0 227,5 870,6 560,0 1,440 61,8 10,6 25,7 755,7 253,8 800,8 207,0 892,7 547,9 1,450 62,9 10,8 26,6 774,4 234,4 820,7 186,4 914,8 535,7 1,460 64,0 11,1 27,6 793,2 214,9 840,6 165,7 937,0 523,5 1,470 65,1 11,4 28,5 812,0 195,4 860,5 145,0 959,2 511,3 1,480 66,1 11,6 29,5 830,8 175,9 880,4 124,3 981,4 499,1 1,490 67,2 11,9 30,5 849,6 156,3 900,3 103,6 1003,6 486,9 1,500 68,2 12,2 31,5 868,4 136,8 920,2 82,9 1025,8 474,6 1,510 69,2 12,4 32,5 887,2 117,2 940,2 62,2 1048,1 462,4 1,520 70,2 12,7 33,5 906,0 97,6 960,1 41,4 1070,3 450,2 1,530 71,2 12,9 34,6 924,8 78,1 980,1 20,7 1092,5 437,9 1,540 72,7 13,2 35,7 943,6 58,5 1000,0 0,0 1114,7 425,7 1,550 73,1 13,5 36,8 962,4 39,0 1136,9 413,5 1,560 74,1 13,7 38,0 981,2 19,5 1159,1 401,3 1,570 75,0 14,0 39,1 1000,0 0,0 1181,3 389,1 1,580 75,9 14,3 40,3 1203,5 376,9 1,590 76,8 14,5 41,6 1225,6 364,8 1,600 77,7 14,8 42,8 1247,7 352,7 736

Gêstoœæ Tabela 4 Tabela sporz¹dzania z w postaci zmagazynowanej o gêstoœci 2,20 g/cm 3 oraz proszku o wilgotnoœci 0,3% H 2 O Mrówczan Iloœæ zmagazynowanej (2,20 g/cm 3 ) i wody Iloœæ proszku (0,3%% H 2 O) i wody solanka woda proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [mol/l] [% mol] [l] [l] [kg] [l] 0,999 0,0 0,0 0,0 0,0 1,000 0,0 1,000 1,000 0,5 0,0 0,0 2,7 995,1 4,7 996,3 1,010 1,8 0,1 0,2 10,1 988,8 17,8 993,2 1,020 3,0 0,2 0,3 17,5 982,4 30,9 990,0 1,030 4,3 0,2 0,5 25,1 975,8 44,2 986,8 1,040 5,5 0,3 0,6 32,6 969,2 57,6 983,4 1,050 6,7 0,4 0,7 40,2 962,4 71,0 980,0 1,060 7,9 0,5 0,9 47,9 955,6 84,5 976,5 1,070 9,1 0,5 1,0 55,6 948,6 98,1 972,9 1,080 10,3 0,6 1,2 63,4 941,5 111,8 969,2 1,090 11,5 0,7 1,3 71,2 934,4 125,6 965,4 1,100 12,6 0,8 1,4 79,0 927,1 139,4 961,6 1,110 13,8 0,9 1,6 86,9 919,8 153,3 957,7 1,120 14,9 0,9 1,7 94,8 912,3 167,3 953,7 1,130 16,0 1,0 1,9 102,8 904,8 181,3 949,7 1,140 17,1 1,1 2,0 110,7 897,3 195,4 945,6 1,155 18,7 1,2 2,3 122,6 885,9 216,3 939,4 1,160 19,2 1,3 2,4 126,8 881,9 223,7 937,2 1,170 20,3 1,3 2,5 134,9 874,1 238,0 932,9 1,180 21,3 1,4 2,7 143,0 866,3 252,3 928,6 1,190 22,3 1,5 2,8 151,1 858,3 266,6 924,3 1,200 23,4 1,6 3,0 159,3 850,4 281,0 919,9 1,210 24,3 1,7 3,2 167,5 842,4 295,5 915,4 1,220 25,3 1,7 3,3 175,7 834,3 310,0 910,9 1,230 26,3 1,8 3,5 183,9 826,2 324,5 906,4 1,240 27,3 1,9 3,7 192,2 818,0 339,1 901,8 1,250 28,2 2,0 3,8 200,5 809,8 353,7 897,2 1,260 29,1 2,1 4,0 208,8 801,5 368,3 892,6 1,270 30,1 2,1 4,2 217,1 793,3 382,9 888,0 1,280 31,0 2,2 4,3 225,4 784,9 397,6 883,3 1,290 31,9 2,3 4,5 233,7 776,6 412,3 878,6 737

Gêstoœæ Mrówczan Tabela 4 cd. Iloœæ zmagazynowanej (2,20 g/cm 3 ) i wody Iloœæ proszku (0,3%% H 2 O) i wody solanka woda proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] [mol/l] [% mol] [l] [l] [kg] [l] 1,300 32,8 2,4 4,7 242,1 768,2 427,1 873,8 1,310 33,6 2,5 4,9 250,4 759,8 441,8 869,1 1,320 34,5 2,6 5,1 258,8 751,4 456,6 864,3 1,330 35,3 2,6 5,2 267,2 742,9 471,4 859,5 1,340 36,2 2,7 5,4 275,6 734,4 486,2 854,7 1,350 37,0 2,8 5,6 284,0 725,9 501,0 849,8 1,360 37,8 2,9 5,8 292,4 717,4 515,9 845,0 1,370 38,6 3,0 6,0 300,8 708,9 530,7 840,1 1,380 39,4 3,1 6,2 309,2 700,4 545,6 835,3 1,390 40,2 3,1 6,4 317,7 691,8 560,4 830,4 1,400 41,0 3,2 6,6 326,1 683,3 575,3 825,5 1,410 41,7 3,3 6,8 334,5 674,7 590,2 820,6 1,420 42,5 3,4 7,0 343,0 666,1 605,1 815,7 1,430 43,2 3,5 7,2 351,4 657,5 620,0 810,8 1,440 44,0 3,6 7,4 359,9 648,9 634,9 805,9 1,450 44,7 3,6 7,6 368,3 640,4 649,8 801,0 1,460 45,4 3,7 7,8 376,8 631,8 664,7 796,1 1,470 46,1 3,8 8,0 385,2 623,2 679,6 791,2 1,480 46,8 3,9 8,2 393,6 614,6 694,5 786,3 1,490 47,5 4,0 8,4 402,1 606,0 709,3 781,4 1,500 48,1 4,1 8,6 410,5 597,5 724,2 776,5 1,510 48,8 4,1 8,8 419,0 588,9 739,1 771,6 1,520 49,5 4,2 9,0 427,4 580,3 754,0 766,8 1,530 50,1 4,3 9,2 435,8 571,8 768,9 761,9 1,540 50,7 4,4 9,4 444,2 563,2 783,7 757,0 1,550 51,4 4,5 9,7 452,7 554,7 798,6 752,1 1,560 52,0 4,6 9,9 461,1 546,1 813,5 747,3 1,570 52,6 4,6 10,1 469,5 537,6 828,3 742,4 1,580 53,2 4,7 10,3 477,9 529,1 843,1 737,6 1,590 53,8 4,8 10,5 486,3 520,6 858,0 732,8 1,600 54,4 4,9 10,8 494,7 512,1 872,8 727,9 1,620 55,5 5,1 11,2 511,5 495,2 902,4 718,3 738

Tabela 4 cd. 1,630 56,1 5,1 11,5 519,9 486,7 917,2 713,5 1,640 56,7 5,2 11,7 528,3 478,3 932,0 708,7 1,650 57,2 5,3 11,9 536,6 469,9 946,7 704,0 1,660 57,7 5,4 12,2 545,0 461,5 961,5 699,2 1,670 58,3 5,5 12,4 553,4 453,0 976,2 694,4 1,680 58,8 5,6 12,6 561,7 444,7 991,0 689,7 1,690 59,3 5,6 12,9 570,1 436,3 1005,7 685,0 1,700 59,8 5,7 13,1 578,4 427,9 1020,4 680,2 1,710 60,4 5,8 13,4 586,8 419,6 1035,1 675,5 1,720 60,9 5,9 13,6 595,1 411,2 1049,9 670,8 1,730 61,3 6,0 13,8 603,4 402,9 1064,5 666,1 1,740 61,8 6,0 14,1 611,7 394,6 1079,2 661,4 1,750 62,3 6,1 14,3 620,1 386,2 1093,9 656,7 1,760 62,8 6,2 14,6 628,4 377,9 1108,6 652,1 1,770 63,3 6,3 14,9 636,7 369,7 1123,2 647,4 1,780 63,7 6,4 15,1 645,0 361,4 1137,9 642,7 1,790 64,2 6,5 15,4 653,3 353,1 1152,6 638,1 1,800 64,7 6,5 15,6 661,6 344,8 1167,2 633,4 1,810 65,1 6,6 15,9 669,9 336,5 1181,9 628,8 1,820 65,5 6,7 16,2 678,2 328,3 1196,5 624,1 1,830 66,0 6,8 16,4 686,5 320,0 1211,1 619,5 1,840 66,4 6,9 16,7 694,8 311,7 1225,8 614,8 1,850 66,8 7,0 17,0 703,1 303,5 1240,4 610,2 1,860 67,3 7,0 17,2 711,4 295,2 1255,0 605,6 1,870 67,7 7,1 17,5 719,7 287,0 1269,7 600,9 1,880 68,1 7,2 17,8 728,0 278,7 1284,3 596,3 1,890 68,5 7,3 18,1 736,3 270,4 1299,0 591,6 1,900 68,9 7,4 18,3 744,6 262,1 1313,6 587,0 1,910 69,3 7,4 18,6 752,9 253,8 1328,3 582,3 1,920 69,7 7,5 18,9 761,2 245,5 1343,0 577,6 1,930 70,1 7,6 19,2 769,6 237,2 1357,6 572,9 1,940 70,5 7,7 19,5 777,9 228,9 1372,3 568,2 1,950 70,9 7,8 19,8 786,2 220,6 1387,0 563,5 1,960 71,3 7,9 20,1 794,6 212,2 1401,7 558,8 1,970 71,7 7,9 20,4 802,9 203,8 1416,5 554,1 1,980 72,1 8,0 20,7 811,3 195,4 1431,2 549,3 1,990 72.4 8.1 21,0 819,6 187,0 1446,0 544,5 2,000 72,8 8,2 21,3 828,0 178,5 1460,8 539,8 739

Gêstoœæ Mrówczan Tabela 4 cd. Iloœæ zmagazynowanej (2,20 g/cm 3 ) i wody Iloœæ proszku (0,3%% H 2 O) i wody solanka woda proszek woda [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [mol/l] [% mol] [l] [l] [kg] [l] 2,010 73,2 8,3 21,7 836,4 170,1 1475,6 534,9 2,020 73,6 8,4 22,0 844,8 161,5 1490,4 530,1 2,030 73,9 8,4 22,3 853,2 153,0 1505,3 525,2 2,040 74,3 8,5 22,6 861,7 144,4 1520,2 520,3 2,050 74,7 8,6 23,0 870,1 135,8 1535,1 515,4 2,060 75,0 8,7 23,3 878,6 127,1 1550,1 510,4 2,070 75,4 8,8 23,7 887,1 118,4 1565,1 505,4 2,080 75,7 8,9 24,0 895,6 109,7 1580,1 500,4 2,090 76,1 8,9 24,4 904,2 100,9 1595,2 495,3 2,100 76,4 9,0 24,7 912,7 92,0 1610,3 490,2 2,110 76,8 9,1 25,1 921,3 83,1 1625,4 485,1 2,120 77,2 9,2 25,5 930,0 74,2 1640,6 479,9 2,130 77,5 9,3 25,9 938,6 65,2 1655,9 474,6 2,140 77,9 9,4 26,3 947,3 56,1 1671,2 469,3 2,150 78,2 9,5 26,7 956,0 46,9 1686,5 463,9 2,160 78,6 9,5 27,1 964,7 37,7 1701,9 458,5 2,170 78,9 9,6 27,5 973,5 28,4 1717,4 453,1 2,180 79,3 9,7 27,9 982,3 19,0 1732,9 447,5 2,190 79,6 9,8 28,3 991,1 9,5 1748,5 441,9 2,200 80,0 9,9 28,8 1,000 0,0 1764,2 436,2 2,210 80,3 10,0 29,2 1779,9 430,5 2,220 80,6 10,1 29,7 1795,7 424,7 2,230 81,0 10,2 30,1 1811,6 418,8 2,240 81,3 10,2 30,6 1827,6 412,8 2,250 81,7 10,3 31,1 1843,6 406,8 2,260 82,0 10,4 31,6 1859,8 400,6 2,270 82,4 10,5 32,2 1876,0 394,4 2,280 82,7 10,6 32,7 1892,3 388,1 2,290 83,1 10,7 33,2 1908,7 381,7 2,300 83,5 10,8 33,8 1925,2 375,1 740

4. GÊSTOŒÆ MIESZANINY MRÓWCZANU POTASU I CEZU W przypadku wiêkszoœci zastosowañ mieszanina zmagazynowanych roztworów soli mrówczanów (1,57 g/cm 3 ) i (2,20 g/cm 3 ) jest wystarczaj¹ca do zapewnienia ca³ego zakresu gêstoœci p³ynów wiertniczych. W celu otrzymania ni szej temperatury krzepniêcia w mniejszych gêstoœciach (poni ej 1,90 g/cm 3 ) mo na rozcieñczyæ wod¹ roztwór zmagazynowany. W przypadku wy szych gêstoœci (powy ej 1,90 g/cm 3 ) rozcieñczaæ wod¹ nale y sam zmagazynowany roztwór. Zmniejszenie objêtoœci w czasie mieszania tych dwóch solanek jest zaniedbywalne, a zale noœæ pomiêdzy gêstoœci¹ a stosunkiem zawartoœci do przyjmuje charakter liniowy. W celu obliczenia iloœci i potrzebnych do przygotowania mieszaniny soli o projektowanej gêstoœci mo na zastosowaæ równania: V KFo ρcsfo ρreq = 1000, l ρ ρ CsFo KFo (6) WKFo = VKFo ρkfo,kg (7) V CsFo ρreq ρkfo = 1000, l ρ ρ CsFo KFo (8) WCsFo = VCsFo ρcsfo,kg (9) gdzie: W masa, kg, ρ gêstoœæ, g/cm 3, V objêtoœæ, l. Tabela mieszania dotycz¹ca najczêœciej u ywanej mieszanki mrówczanów i (1,57 g/cm 3 mrówczan i 2,20 g/cm 3 mrówczan ) pokazana jest w tabeli 5. Tabela 6 obrazuje sposób sporz¹dzania z mieszaniny z rozcieñczonym mrówczanem (1,54 g/cm 3 ), powszechnie stosowanym w okresie zimowym na terenie Wielkiej Brytanii i Morza Pó³nocnego, oraz. Istniej¹ tak e tabele mieszania z mrówczanem sodu, jednak ze wzglêdu na ich niezgodnoœæ z rzeczywistoœci¹ i badaniami sprawdzaj¹cymi w ró nych laboratoriach nie s¹ one wiarygodne. 741

Gêstoœæ Tabela 5 Tabela sporz¹dzania z mieszaniny (2,20 g/cm 3 ) i (1,57 g/cm 3 ) Solanka na bazie Solanka na bazie Mrówczan Mrówczan Woda K + Cs + HCOO Iloœæ i mrówczan mrówczan [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [mol/l] [mol/l] [mol/l] [l] [l] 1,570 100,0 0,0 75,0 0,0 25,0 14,0 0,0 14,0 1000,0 0,0 1,580 98,4 1,6 73,8 1,3 24,9 13,9 0,1 14,0 984,1 15,9 1,590 96,8 3,2 72,6 2,5 24,8 13,7 0,2 14,0 968,3 31,7 1,600 95,2 4,8 71,4 3,8 24,7 13,6 0,3 13,9 952,4 47,6 1,610 93,7 6,3 70,3 5,1 24,7 13,4 0,5 13,9 936,5 63,5 1,620 92,1 7,9 69,1 6,3 24,6 13,3 0,6 13,9 920,6 79,4 1,630 90,5 9,5 67,9 7,6 24,5 13,2 0,7 13,8 904,8 95,2 1,640 88,9 11,1 66,7 8,9 24,4 13,0 0,8 13,8 888,9 111,1 1,650 87,3 12,7 65,5 10,2 24,4 12,8 0,9 13,8 873,0 127,0 1,660 85,7 14,3 64,3 11,4 24,3 12,7 1,1 13,8 857,1 142,9 1,670 84,1 15,9 63,1 12,7 24,2 12,5 1,2 13,7 841,3 158,7 1,680 82,5 17,5 61,9 14,0 24,1 12,4 1,3 13,7 825,4 174,6 1,690 81,0 19,0 60,7 15,2 24,0 12,2 1,4 13,6 809,5 190,5 1,700 79,4 20,6 59,5 16,5 24,0 12,0 1,6 13,6 793,7 206,3 1,710 77,8 22,2 58,3 17,8 23,9 11,9 1,7 13,6 777,8 222,2 1,720 76,2 23,8 57,2 19,0 23,8 11,7 1,8 13,5 761,9 238,1 1,730 74,6 25,4 56,0 20,3 23,7 11,5 2,0 13,5 746,0 254,0 1,740 73,0 27,0 54,8 21,6 23,7 11,3 2,1 13,4 730,2 269,8 1,750 71,4 28,6 53,6 22,8 23,6 11,1 2,2 13,4 714,3 285,7 1,760 69,8 30,2 52,4 24,1 23,5 11,0 2,4 13,3 698,4 301,6 1,770 68,3 31,7 51,2 25,4 23,4 10,8 2,5 13,3 682,5 317,5 1,780 66,7 33,3 50,0 26,7 23,3 10,6 2,7 13,2 666,7 333,3 1,790 65,1 34,9 48,8 27,9 23,3 10,4 2,8 13,2 650,8 349,2 742

Tabela 5 cd. 1,800 63,5 36,5 47,6 29,2 23,2 10,2 3,0 13,1 634,9 365,1 1,810 61,9 38,1 46,4 30,5 23,1 10,0 3,1 13,1 619,0 381,0 1,820 60,3 39,7 45,2 31,7 23,0 9,8 3,2 13,0 603,2 396,8 1,830 58,7 41,3 44,1 33,0 22,9 9,6 3,4 13,0 587,3 412,7 1,840 57,1 42,9 42,9 34,3 22,9 9,4 3,5 12,9 571,4 428,6 1,850 55,6 44,4 41,7 35,5 22,8 9,2 3,7 12,9 555,6 444,4 1,860 54,0 46,0 40,5 36,8 22,7 9,0 3,8 12,8 539,7 460,3 1,870 52,4 47,6 39,3 38,1 22,6 8,7 4,0 12,7 523,8 476,2 1,880 50,8 49,2 38,1 39,3 22,6 8,5 4,2 12,7 507,9 492,1 1,890 49,2 50,8 36,9 40,6 22,5 8,3 4,3 12,6 492,1 507,9 1,900 47,6 52,4 35,7 41,9 22,4 8,1 4,5 12,5 476,2 523,8 1,910 46,0 54,0 34,5 43,1 22,3 7,8 4,6 12,5 460,3 539,7 1,920 44,4 55,6 33,3 44,4 22,2 7,6 4,8 12,4 444,4 555,6 1,930 42,9 57,1 32,1 45,7 22,2 7,4 5,0 12,3 428,6 571,4 1,940 41,3 58,7 31,0 47,0 22,1 7,1 5,1 12,3 412,7 587,3 1,950 39,7 60,3 29,8 48,2 22,0 6,9 5,3 12,2 396,8 603,2 1,960 38,1 61,9 28,6 49,5 21,9 6,7 5,5 12,1 381,0 619,0 1,970 36,5 63,5 27,4 50,8 21,9 6,4 5,6 12,0 365,1 634,9 1,980 34,9 65,1 26,2 52,0 21,8 6,2 5,8 12,0 349,2 650,8 1,990 33,3 66,7 25,0 53,3 21,7 5,9 6,0 11,9 333,3 666,7 2,000 31,7 68,3 23,8 54,6 21,6 5,7 6,1 11,8 317,5 682,5 2,010 30,2 69,8 22,6 55,8 21,5 5,4 6,3 11,7 301,6 698,4 2,020 28,6 71,4 21,4 57,1 21,5 5,1 6,5 11,6 285,7 714,3 2,030 27,0 73,0 20,2 58,4 21,4 4,9 6,7 11,5 269,8 730,2 2,040 25,4 74,6 19,1 59,6 21,3 4,6 6,8 11,5 254,0 746,0 2,050 23,8 76,2 17,9 60,9 21,2 4,4 7,0 11,4 238,1 761,9 2,060 22,2 77,8 16,7 62,2 21,1 4,1 7,2 11,3 222,2 777,8 2,070 20,6 79,4 15,5 63,5 21,1 3,8 7,4 11,2 206,3 793,7 2,080 19,0 81,0 14,3 64,7 21,0 3,5 7,6 11,1 190,5 809,5 2,090 17,5 82,5 13,1 66,0 20,9 3,3 7,8 11,0 174,6 825,4 2,100 15,9 84,1 11,9 67,3 20,8 3,0 7,9 10,9 158,7 841,3 2,110 14,3 85,7 10,7 68,5 20,8 2,7 8,1 10,8 142,9 857,1 743

Gêstoœæ Solanka na bazie Solanka na bazie Mrówczan Tabela 5 cd. Mrówczan Woda K + Cs + HCOO Iloœæ i mrówczan mrówczan [g/cm 3 ] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [% wag.] wag] [mol/l] [mol/l] [mol/l] [l] [l] 2,120 12,7 87,3 9,5 69,8 20,7 2,4 8,3 10,7 127,0 873,0 2,130 11,1 88,9 8,3 71,1 20,6 2,1 8,5 10,6 111,1 888,9 2,140 9,5 90,5 7,1 72,3 20,5 1,8 8,7 10,5 95,2 904,8 2,150 7,9 92,1 6,0 73,6 20,4 1,5 8,9 10,4 79,4 920,6 2,160 6,3 93,7 4,8 74,9 20,4 1,2 9,1 10,3 63,5 936,5 2,170 4,8 95,2 3,6 76,1 20,3 0,9 9,3 10,2 47,6 952,4 2,180 3,2 96,8 2,4 77,4 20,2 0,6 9,5 10,1 31,7 968,3 2,190 1,6 98,4 1,2 78,7 20,1 0,3 9,7 10,0 15,9 984,1 2,200 0,0 100,0 0,0 80,0 20,0 0,0 9,9 9,9 0,0 1000,0 Gêstoœæ Tabela 6 Tabela sporz¹dzania z mieszaniny (2,20 g/cm 3 ) i (1,54 g/cm 3 ) Solanka na bazie Solanka na bazie Mrówczan Mrówczan Woda K + Cs + HCOO Iloœæ i mrówczan mrówczan [g/cm 3 ] [% wag.] [%wag.] [% wag.] [% wag.] [% wag.] [mol/l] [mol/l] [mol/l] [l] [l] 1,54 100,0 0,0 72,2 0,0 27,8 13,2 0,0 13,2 1000,0 0,0 1,55 98,5 1,5 71,1 1,2 27,7 13,1 0,1 13,2 984,8 15,2 1,56 97,0 3,0 70,0 2,4 27,6 13,0 0,2 13,2 969,7 30,3 1,57 95,5 4,5 68,9 3,6 27,5 12,9 0,3 13,2 954,5 45,5 1,58 93,9 6,1 67,8 4,8 27,4 12,7 0,4 13,2 939,4 60,6 744

Tabela 6 cd. 1,59 92,4 7,6 66,7 6,1 27,2 12,6 0,5 13,1 924,2 75,8 1,60 90,9 9,1 65,6 7,3 27,1 12,5 0,7 13,1 909,1 90,9 1,61 89,4 10,6 64,5 8,5 27,0 12,3 0,8 13,1 893,9 106,1 1,62 87,9 12,1 63,4 9,7 26,9 12,2 0,9 13,1 878,8 121,2 1,63 86,4 13,6 62,3 10,9 26,8 12,1 1,0 13,1 863,6 136,4 1,64 84,8 15,2 61,2 12,1 26,7 11,9 1,1 13,1 848,5 151,5 1,65 83,3 16,7 60,1 13,3 26,5 11,8 1,2 13,0 833,3 166,7 1,66 81,8 18,2 59,0 14,5 26,4 11,7 1,4 13,0 818,2 181,8 1,67 80,3 19,7 58,0 15,7 26,3 11,5 1,5 13,0 803,0 197,0 1,68 78,8 21,2 56,9 17,0 26,2 11,4 1,6 13,0 787,9 212,1 1,69 77,3 22,7 55,8 18,2 26,1 11,2 1,7 12,9 772,7 227,3 1,70 75,8 24,2 54,7 19,4 25,9 11,0 1,9 12,9 757,6 242,4 1,71 74,2 25,8 53,6 20,6 25,8 10,9 2,0 12,9 742,4 257,6 1,72 72,7 27,3 52,5 21,8 25,7 10,7 2,1 12,8 727,3 272,7 1,73 71,2 28,8 51,4 23,0 25,6 10,6 2,2 12,8 712,1 287,9 1,74 69,7 30,3 50,3 24,2 25,5 10,4 2,4 12,8 697,0 303,0 1,75 68,2 31,8 49,2 25,4 25,4 10,2 2,5 12,7 681,8 318,2 1,76 66,7 33,3 48,1 26,7 25,2 10,1 2,6 12,7 666,7 333,3 1,77 65,2 34,8 47,0 27,9 25,1 9,9 2,8 12,7 651,5 348,5 1,78 63,6 36,4 45,9 29,1 25,0 9,7 2,9 12,6 636,4 363,6 1,79 62,1 37,9 44,8 30,3 24,9 9,5 3,0 12,6 621,2 378,8 1,80 60,6 39,4 43,7 31,5 24,8 9,4 3,2 12,5 606,1 393,9 1,81 59,1 40,9 42,6 32,7 24,6 9,2 3,3 12,5 590,9 409,1 1,82 57,6 42,4 41,6 33,9 24,5 9,0 3,5 12,5 575,8 424,2 1,83 56,1 43,9 40,5 35,1 24,4 8,8 3,6 12,4 560,6 439,4 1,84 54,5 45,5 39,4 36,3 24,3 8,6 3,8 12,4 545,5 454,5 1,85 53,0 47,0 38,3 37,6 24,2 8,4 3,9 12,3 530,3 469,7 1,86 51,5 48,5 37,2 38,8 24,1 8,2 4,1 12,3 515,2 484,8 1,87 50,0 50,0 36,1 40,0 23,9 8,0 4,2 12,2 500,0 500,0 1,88 48,5 51,5 35,0 41,2 23,8 7,8 4,4 12,2 484,8 515,2 1,89 47,0 53,0 33,9 42,4 23,7 7,6 4,5 12,1 469,7 530,3 1,90 45,5 54,5 32,8 43,6 23,6 7,4 4,7 12,1 454,5 545,5 745

Gêstoœæ Solanka na bazie Solanka na bazie Mrówczan Tabela 6 cd. Mrówczan Woda K + Cs + HCOO Iloœæ i mrówczan mrówczan [g/cm 3 ] [% wag.] [%wag.] [% wag.] [% wag.] [% wag.] [mol/l] [mol/l] [mol/l] [l] [l] 1,91 43,9 56,1 31,7 44,8 23,5 7,2 4,8 12,0 439,4 560,6 1,92 42,4 57,6 30,6 46,0 23,4 7,0 5,0 12,0 424,2 575,8 1,93 40,9 59,1 29,5 47,2 23,2 6,8 5,1 11,9 409,1 590,9 1,94 39,4 60,6 28,4 48,5 23,1 6,6 5,3 11,8 393,9 606,1 1,95 37,9 62,1 27,3 49,7 23,0 6,3 5,4 11,8 378,8 621,2 1,96 36,4 63,6 26,2 50,9 22,9 6,1 5,6 11,7 363,6 636,4 1,97 34,8 65,2 25,1 52,1 22,8 5,9 5,8 11,7 348,5 651,5 1,98 33,3 66,7 24,1 53,3 22,6 5,7 5,9 11,6 333,3 666,7 1,99 31,8 68,2 23,0 54,5 22,5 5,4 6,1 11,5 318,2 681,8 2,00 30,3 69,7 21,9 55,7 22,4 5,2 6,3 11,5 303,0 697,0 2,01 28,8 71,2 20,8 56,9 22,3 5,0 6,4 11,4 287,9 712,1 2,02 27,3 72,7 19,7 58,1 22,2 4,7 6,6 11,3 272,7 727,3 2,03 25,8 74,2 18,6 59,4 22,1 4,5 6,8 11,3 257,6 742,4 2,04 24,2 75,8 17,5 60,6 21,9 4,2 6,9 11,2 242,4 757,6 2,05 22,7 77,3 16,4 61,8 21,8 4,0 7,1 11,1 227,3 772,7 2,06 21,2 78,8 15,3 63,0 21,7 3,7 7,3 11,0 212,1 787,9 2,07 19,7 80,3 14,2 64,2 21,6 3,5 7,5 11,0 197,0 803,0 2,08 18,2 81,8 13,1 65,4 21,5 3,2 7,6 10,9 181,8 818,2 2,09 16,7 83,3 12,0 66,6 21,3 3,0 7,8 10,8 166,7 833,3 2,10 15,2 84,8 10,9 67,8 21,2 2,7 8,0 10,7 151,5 848,5 2,11 13,6 86,4 9,8 69,0 21,1 2,5 8,2 10,7 136,4 863,6 2,12 12,1 87,9 8,7 70,3 21,0 2,2 8,4 10,6 121,2 878,8 2,13 10,6 89,4 7,7 71,5 20,9 1,9 8,6 10,5 106,1 893,9 2,14 9,1 90,9 6,6 72,7 20,8 1,7 8,7 10,4 90,9 909,1 746

Tabela 6 cd. 2,15 7,6 92,4 5,5 73,9 20,6 1,4 8,9 10,3 75,8 924,2 2,16 6,1 93,9 4,4 75,1 20,5 1,1 9,1 10,2 60,6 939,4 2,17 4,5 95,5 3,3 76,3 20,4 0,8 9,3 10,2 45,5 954,5 2,18 3,0 97,0 2,2 77,5 20,3 0,6 9,5 10,1 30,3 969,7 2,19 1,5 98,5 1,1 78,7 20,2 0,3 9,7 10,0 15,2 984,8 2,20 0,0 100,0 0,0 80,0 20,0 0,0 9,9 9,9 0,0 1000,0 5. WNIOSKI Sole mrówczanowe sodu, i maj¹ wiele zalet w porównaniu z dotychczas stosowanymi systemami p³ynów wiertniczych. Nale ¹ do nich przede wszystkim: mo liwoœæ uzyskania ¹danego ciê aru w³aœciwego bez koniecznoœci dodawania materia³ów obci¹ aj¹cych (baryt, wêglan sodu, hematyt), dziêki czemu zmniejszona jest iloœæ fazy sta³ej w p³uczce; mo liwoœæ mieszania solanek pod ró n¹ postaci¹ (zmagazynowany roztwór soli mrówczanowej, mrówczan w postaci proszku, solanka rozcieñczona); wyj¹tkowe w³aœciwoœci chemiczne umo liwiaj¹ce solankom mrówczanowym stabilizacjê temperaturow¹ polimerów w systemie p³uczkowym; mo liwoœæ magazynowania solanek mrówczanowych oraz ich ponownego u ycia, co ogranicza koszty pocz¹tkowe sporz¹dzania oraz u³atwia transport na wiertniê (u ycie mrówczanowej po uwzglêdnieniu niektórych warunków przechowywania jej okazuje siê ekonomicznie uzasadnione). LITERATURA [1] Cabot Speciality Fluids: Formate technical manual Section A1 Chemistry. 2011. [2] Cabot Speciality Fluids: Formate technical manual Section A2 Brine density and PVT data. 2011. [3] Cabot s sodium, potassium and cesium formate MSDS. 2004. [4] Wilson R.: Crystallization suppression of cesium formate. Department of Chemistry, University of Warwick, report, June 2004. [5] Howard S.K., Shell Research BV: Formate brines for drilling and completion: State of art. SPE Annual and Technical Conference and Exhibition, Dallas, October 1995. 747